PROCESO DE PRODUCCIÓN

Diseño de una planta productora de pellets de madera a partir del aprovechamiento de residuos forestales de un aserrío ubicado en la ciudad de Bogotá

Página | 91 4.2.2 MAPA

4.2.3 Materia prima

La materia prima utilizada para la fabricación de los pellets, es el aserrín, virutas y partes de madera tales como puntas y sobrantes de la producción de la empresa en estudio y partes de troncos que no cumplen con las dimensiones para los productos que comercializa la empresa en la plantación.

En este caso la especie a utilizar es Pinus patula, la materia prima proviene de una plantación forestal propiedad de la empresa por lo que la materia prima seria insumo propio, además al provenir de plantación se asegura que la proveniencia de la madera es legal.

4.2.4 Descripción de proceso

El proceso para la producción de pellets inicia con la trituración de la materia prima hasta obtener el tamaño adecuado para el calibre del pellet. Para esto se utiliza un molino de martillos para obtener un material refinado y uniforme con un tamaño no superior a los 4 [mm] de longitud. Cuando la materia prima es trozos o rollos de

madera, se debe realizar el astillado antes de pasarlo por el molino. Luego, se lleva el material al 12% o menos de humedad mediante un proceso de secado. Este proceso puede ser llevado a cabo en una secadora, la cual puede generar la energía en cogeneración con calderas de biomasa con el fin de obtener el calor de secado necesario, utilizando como combustible los residuos como cortezas que no pueden ser usados en la fabricación de los pellets. Una vez el material este seco se procede a formar el pellet, mediante la aplicación de altas presiones y temperaturas superiores a 80° C en una prensa de extrusión, la cual empuja el material sobre una matriz con agujeros cilíndricos para adquirir la forma requerida. Al comprimirse, la madera libera su lignina que actúa como aglomerante natural, evitando el uso de aditivos.

Por último, los pellets deben ser enfriados, esta etapa es muy importante ya que en esta se estabiliza la temperatura de los pellets, la cual alcanza al inicio los 90°C lo que permite endurecer la lignina derretida, para así mejorar su resistencia. Una vez enfriados, los pellets son tamizados para retirar el posible aserrín sobrante, el cual vuelve y se utiliza en el proceso de peletizado. De esta manera el producto queda listo para el empacado y embalaje este se puede realizar en maxibags, bolsas pequeñas o almacenarse en silos para su transporte a granel y comenzar su distribución, en el siguiente diagrama se especifica el proceso.

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Recolección de la materia prima

La recolección de la materia prima es el primer paso para iniciar el proceso de producción, la empresa deberá hacer la recolección en dos lugares el primero en la plantación de Pinus patula de Agropecuaria la sultana, la materia prima se recoge en este sitio y se transporta en camiones de carga los cuales dejan la materia en el centro de acopio en la planta de producción. El otro sitio de recolección es al interior de la planta de los desperdicios que se realiza en la planta de producción de Forestal Maderinsa, este transporte se realiza con un cargador y un montacargas hasta el centro de acopio de los pellets.

Almacenamiento de la materia prima

Consiste en el ingreso y recepción de la materia prima, esta es clasificada según su estado, es decir si es madera entera, viruta y astillas o aserrín, así mismo se ubican en el centro de acopio ya que se debe hacer un proceso diferente.

Triturado o astillado

El astillado se realiza con el fin de obtener materia prima como pequeñas astillas de madera, debido a que la entrada del producto es de gran tamaño se debe realizar esta actividad para tener una alta calidad en la elaboración de pellets, ya que esta transforma los residuos en partículas más pequeñas que permitirá obtener una materia prima homogénea. Esta actividad se realizará con una trituradora de madera o chipeadora.

Limpieza de la materia

Esta actividad se basa en limpiar la materia prima de todo material diferente a la madera como por ejemplo metales, piedras, vidrio, contaminantes y suciedad en general. Si no se realiza la limpieza de la materia prima adecuadamente, se puede producir daño en los rodillos de presión y también aumentar las cenizas en la combustión por estar el producto contaminado.

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Molienda

Esta actividad es importante para la industria de la biomasa que se utilizará para la generación de energía, tanto en aplicaciones directas como para la fabricación de elementos densificados como lo son en este caso lo pellets.

En la producción de pellets se requiere realizar adicional del triturado mencionado anteriormente, un molido del material para conseguir una mayor homogeneidad y una granulometría adecuada. Esto se hace con el fin de obtener una mejor unión de partículas que es mejor cuando estas son más finas es su granulometría, partículas mayores de 0,5 mm, dificultan el proceso, ya que facilitan la fractura del producto.

Generalmente los equipos que se usan para esta actividad cuentan con cuchillas montadas sobre un tambor o un disco de inercia, y sistemas de alimentación normalmente horizontales y forzados mediante el empleo de rodillos compresores, los equipos más utilizados para la moler material son: molino de disco, molino de martillos, molino de rodillos y molino de bolas.

Secado

Esta etapa es muy importante en la producción de los pellets, esta consiste en extraer la humedad del material, ya que este posee altos contenidos de humedad por lo que es necesario llevarlo a contenidos de humedad entre el 8% y el 15%, a través de la utilización de sistemas de secado con equipos especializados, estos aportan un flujo térmico que permite la deshidratación del material hasta el valor requerido.

Existen secadores directos los cuales realizan la transferencia de calor a través del contacto directo entre el material húmedo y el aire caliente, también se encuentran los secadores indirectos los cuales realizan la transferencia de calor a través de una pared de retención. Algunos equipos utilizados son los torrefactores o los secadores rotativos.

Almacenamiento del producto seco

El almacenamiento de producto seco se realiza procurando facilitar la autonomía de la planta, permitiendo obtener un contenido de humedad uniforme, para ello se utiliza silos de almacenamiento.

Peletizado

Luego que el material se encuentra dentro del contenido de humedad requerido, se procede a realizar el proceso de peletizado, el cual consiste en la compactación del material los cuales en este caso son los residuos de madera la cual contiene lignina y celulosa que son importantes en la compactación.

Una vez en el peletizador, el aserrín es acondicionado por vapor. El vapor contribuye a su humectación superficial, actuando como lubricante en el proceso de peletizado. También favorece a que la lignina, el aglutinante natural de la madera, actúe con mayor facilidad sobre las fibras.

Luego el aserrín es sometido a una presión mecánica constante por medio de rodillos que se encuentran dentro de una matriz con perforaciones en la superficie. Por dichas perforaciones sale el material empujado ya aglutinado. Las perforaciones son de 6 – 12mm. Luego de salir el material es cortado por cuchillos ajustables, dejando a los pellets su largo deseado.

Enfriamiento

Los pellets salen de la prensa peletizadora a altas temperaturas, esto hace que los pellets sean frágiles y propenso a la formación de hongos, por lo que es importante utilizar equipos que bajen la temperatura del producto. Cuando los pellets se enfrían se da paso a la estabilización de los mismos, además estos se endurecen ya que la lignina cubre la superficie de los pellets, permitiendo que los pellets conserven su forma sin sufrir cambios.

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Tamizado de los pellets

Consiste en la separación de polvo de la madera que haya quedado entre los pellets durante el proceso de producción, además permite seleccionar los pellets que no estén cumpliendo con el tamaño según los estándares de calidad, este tamizado se realiza con un tamiz que permite la obtención de un producto homogéneo.

Empaquetado del producto

El empaquetado del producto depende de su distribución bien sea a granel los cuales se almacenarían en un silo de almacenamiento o si es en maxibags se empacan entre 500 y 1500 kg se almacenarán en una bodega hasta su cargue directamente a las tractomulas para su transporte al puerto para su exportación.

4.3 NECESIDAD DE PRODUCCIÓN

La capacidad de producción de este proyecto se calcula de acuerdo a la disponibilidad de materia prima residuo del proceso de producción de la empresa ya que esta se encuentra disponible para su uso y no se incurriría en costo de compra o de transporte para su adquisición.

Para evaluar la capacidad de producción de pellets fue necesario calcular la cantidad de residuos generados por la empresa para esto fue necesario calcular el volumen de los residuos tanto del aserrin como de los costeros, puntas y pulpa en general. La cubicación para el cálculo del volumen de aserrin se realizó por medio del volumen estéreo, debido al tamaño de partícula del aserrin se aplicó un factor de 0.9. Para el caso de las demás partes de madera como puntas y demás la cubicación para el cálculo de su volumen también se realizó por medio del volumen estéreo debido a la irregularidad de las piezas se le aplicó un factor de 0.7.

Figura 1. Residuos de madera en planta

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Figura 3. Residuos de madera en la plantación.

Figura 4. Residuos - aserrin plantación forestal.

Como resultado se obtuvo que la empresa produce residuos totales de aserrin y astillas de 1000 m3 y para puntas de madera 2857 m3 mensualmente, a partir de esto se calculó la producción de pellets asumiendo una pérdida del 30% en el

proceso de producción de pellets contando las características de la madera para cumplir con los estándares internacionales, los valores requeridos por la compañía para el tratamiento se encuentran en la siguiente según información de la compañía: ITEM RESIDUOS EN MADERA RESIDUOS EN ASERRIN Y ASTILLAS densidad kg/m3 480 167

cantidad mensual m3 a procesar 2.000 700

Toneladas 960 117

porcentaje de humedad 0,2 0,2

Total de toneladas de pellets 768 93.5

PRODUCCIÓN TOTAL DE PELLETS 862

Tabla 27: cantidad de producción mensual de pellets

Según los datos obtenidos en el estudio logístico se tiene que el puerto desde el que es más económico enviar a Gran Bretaña es el puerto de Cartagena, pero a nivel interno es más costoso enviar desde Bogotá a Cartagena que a Buenaventura por lo que es necesario evaluar ambos escenarios para la exportación de 862 Ton de pellets mensuales.

Ítem Cartagena Buenaventura

Costo de viaje de Bogotá a puerto en

tractomula $ 4.400.441 $ 2.851.552

cantidad de viajes a puerto 25 25

transporte a puerto $ 108.316.227 $ 70.190.545

transporte a RU USD 1749 USD 2474

cantidad de viajes de contenedor 40 pies 32 32

costo de los viajes a RU USD 57.717 USD 81.642

costo total de los viajes en pesos $ 194.564.007 $ 275.215.182

Costo total transporte de la

producción $ 302.880.234 $ 345.405.727

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La cantidad de viajes a puerto se calcula dividiendo la cantidad de producción en 35 Ton que es la capacidad de una tractomula, la cantidad de contenedores se calcula dividiendo el total de la producción en 26,6 que es la capacidad de un contenedor de 40 pies.

Debido a que el costo de envío a Gran Bretaña en contenedor es más económico desde Cartagena se elige esta ruta.

4.4 MAQUINARIA

De acuerdo al diagrama de proceso y a la capacidad de producción se calcula la siguiente necesidad de maquinaria:

Ítem cantidad unidad

precio en dólares precio en pesos Total Chipeadora 2 un USD 19.900 $ 67.082.900 $ 134.165.800 molino para madera 1 un USD 10.000 $ 33.710.000 $ 33.710.000 adecuación de los silos de almacenamiento 6 un $ 13.000.000 $ 78.000.000 mini cargador 2 un $ 100.000.000 $ 200.000.000 montacargas 2 un $ 119.000.000 $ 238.000.000 peletizadora 2 un USD 33.000 $ 111.243.000 $ 222.486.000 bandas de transporte de 12 metros 100 12m $ 1.000.000 $ 100.000.000 montaje de la planta 1 un $ 50.000.000 $ 50.000.000 horno para

secado y mezcla 1 un USD 4.000 $ 13.484.000

$ 13.484.000 Empaquetadora 1 un USD 4.000 $ 13.484.000 $ 13.484.000 estibas 1000 un $ 70.000 $

70.000.000 adecuación de la bodega de producto empacado 1 un $ 15.000.000 $ 15.000.000 TOTAL $ 1.168.329.900

Tabla 29: Costo de la maquinaria

Estos costos son de acuerdo a cotizaciones de equipos con la capacidad adecuada para la procesar 2.000 toneladas calculando una pérdida de eficiencia del equipo del 30% la conversión a pesos se realizó a una taza de $3.371.